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The Solar-Institute Jülich (SIJ) has initiated the construction of the first and only German solar tower power plant and is now involved in the accompanying research. The power plant for experimental and demonstration purposes in the town of Jülich started supplying electric energy in the beginning of 2008. The central receiver plant features as central innovation an open volumetric receiver, consisting of porous ceramic elements that simultaneously absorb the concentrated sunlight and transfer the heat to ambient air passing through the pores so that an average temperature of 680°C is reached. The subsequent steam cycle generates up to 1.5 MWe. A main field of research at the SIJ is the optimization of the absorber structures. To analyze the capability of new absorber specimens a special test facility was developed and set up in the laboratory. A high-performance near-infrared radiator offers for single test samples a variable and repeatable beam with a power of up to 320 kW/m² peak. The temperatures achieved on the absorber surface can reach more than 1000°C. To suck ambient air through the open absorber - like on the tower - it is mounted on a special blower system. An overview about the test facility and some recent results will be presented.
The chemical imaging sensor is a semiconductor-based chemical sensor that can visualize the two-dimensional distribution of specific ions or molecules in the solution. In this study, we developed a miniaturized chemical imaging sensor system with an OLED display panel as a light source that scans the sensor plate. In the proposed configuration, the display panel is placed directly below the sensor plate and illuminates the back surface. The measured area defined by illumination can be arbitrarily customized to fit the size and the shape of the sample to be measured. The waveform of the generated photocurrent, the currentvoltage characteristics and the pH sensitivity were investigated and pH imaging with this miniaturized system was demonstrated.
The optical study carried out on insulating polymers namely polyethyleneterephthalate (PET) and polyvinylchloride (PVC) has been described. The polymers are exposed to different radiation doses by exposing them to swift heavy ions of carbon (90 MeV), silicon (120 MeV) and nickel (100 MeV) which influence on their optical properties. The studies show that amongst the investigated polymers, PVC and PET have potential for application as dosimeter beyond a threshold dose which is strongly dependent on the nature of the material and the radiation type. The optical micrographs show a distinct change in colour of the sample with increase in radiation dose.
Additive Manufacturing of metal parts by Selective Laser Melting has become a powerful tool for the direct manufacturing of complex parts mainly for the aerospace and medical industry. With the introduction of its desktop machine, Realizer targeted the dental market. The contribution describes the special features of the machine, discusses details of the process and shows manufacturing results focused on metal dental devices.
Solarthermische Kraftwerke stellen eine bedeutende Technologieoption für einen nachhaltigen Energiemix der Zukunft dar. Sie konzentrieren die Strahlung der Sonne, erzeugen Wärme und wandeln diese mit konventioneller Kraftwerkstechnik in Strom um. Die Wärme kann auch gespeichert werden, so dass der Betrieb während des Durchzugs von Wolken möglich ist und bis in die Abendstunden hinein verlängert werden kann. Zu den solarthermischen Kraftwerken gehören neben der Parabolrinne und dem Solarturm der Fresnel-Kollektor und die Dish-Stirling-Systeme. Im Zuge einer späteren Vergrößerung des Solarfeldes von Solarkraftwerken kann mithilfe von thermischen Energiespeichern die solare Energieerzeugung bei gleichbleibender Kraftwerksleistung sukzessiv bis um den Faktor 3 erweitert werden. Es besteht so die Möglichkeit einer massiven Substitution von fossilen Brennstoffen.Bei den ersten solarthermischen Speichern für die SEGS-Parabolrinnekraftwerke wurde Öl als Speichermedium eingesetzt. Ein weiteres Speichermedium ist Salzschmelze, die im Andasol-1-Projekt in Spanien sowie bei Solarturmkraftwerken eingesetzt wird. Beton ist ein weiteres mögliches Speichermaterial für Parabolrinnensysteme. Eine weitere Alternative bei einem Solarturmkraftwerk mit Luft als Wärmeträgermedium ist die Verwendung von keramischen Feuerfestmaterialien in Form von Schüttungen oder stapelbaren, porösen Elementen. In Jülich wurde das weltweit erste solarthermische Turmkraftwerk mit einer Leistung von 1,5 MWe, das Luft als Wärmeträgermedium einsetzt und einen solchen Speicher verwendet, gebaut.
Es wurde ein automatisiertes, computerunterstütztes Testsystem für die Funktionsprüfung und Charakterisierung von (bio-)chemischen Sensoren auf Waferebene entwickelt und in einen konventionellen Spitzenmessplatz integriert. Das System ermöglicht die Charakterisierung und Identifizierung „funktionstauglicher“ Sensoren bereits auf Waferebene zwischen den einzelnen Herstellungsschritten, wodurch weitere, bisher übliche Verarbeitungsschritte wie das Fixieren, Bonden und Verkapseln für die defekten oder nicht funktionstauglichen Sensorstrukturen entfällt. Außerdem bietet eine speziell entworfene miniaturisierte Durchflussmesszelle die Möglichkeit, bereits auf Waferlevel die Sensitivität, Drift, Hysterese und Ansprechzeit der (bio-)chemischen Sensoren zu charakterisieren. Das System wurde exemplarisch mit kapazitiven, pH-sensitiven EIS- (Elektrolyt-Isolator-Silizium) Strukturen und ISFET- (ionensensitiver Feldeffekttransistor) Strukturen mit verschiedenen Geometrien und Gate-Layouts getestet.
Realization of a calorimetric gas sensor on polyimide foil for applications in aseptic food industry
(2010)
A calorimetric gas sensor is presented for the monitoring of gas-phase H2O2 at elevated temperature during sterilization processes in aseptic food industry. The sensor consists of two temperature-sensitive thin-film resistances built up on a polyimide foil with a thickness of 25 μm, which are passivated with a layer of SU-8 photo resist and catalytically activated with manganese(IV) oxide. Instead of an active heating structure, the calorimetric sensor utilizes the elevated temperature of an evaporated H2O2 aerosol. In an experimental set-up, the sensor has shown a sensitivity of 4.78 °C/(%v/v) in a H2O2 concentration range of 0 to 10% v/v at an evaporation temperature of 240 ∘C. Furthermore, the sensor possesses the same, unchanged sensor signal even at varied evaporation temperatures of the gas stream. The sensor characterization demonstrates the suitability of the calorimetric gas sensor for monitoring the efficiency of sterilization processes.
Chemical imaging systems allow the visualisation of the distribution of chemical species on the sensor surface. This work represents a new flexible approach of read out in a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) with the help of a digital light processing (DLP) set-up. The DLP, known well for video projectors, consists of a mirror-array MEMS device which allows fast and flexible generation of light patterns. With the help of these light patterns the sensor surface of the LAPS device can be read out sequentially in a raster like scheme (scanning LAPS). The DLP approach has several advantages compared to conventional scanning LAPS set-ups, e.g., the spot size, the shape and the intensity of the light pointer can be changed easily and no mechanical movement is necessary, which reduces the size of the set-up and increases the stability and speed of measurement.
In this contribution, we focus on the detection of toxic gases with living eukaryotic cells. A cell-based gas sensor system, able to measure the effects of direct exposure of gases to cells in real-time, was set up. Impedance data as well as oxygen consumption of Chinese hamster lung fibroblast cells (V79) were analysed upon exposure to carbon monoxide (CO). The CO (diluted in wet synthetic air) affects the cell respiration as indicated by an attenuated respiration signal after the CO exposure as well as an instant increase of the capacitive part of the impedance signal during the gas exposure.
In aseptischen Abfüllsystemen wird Wasserstoffperoxid in der Gasphase aufgrund der stark oxidativen Wirkung zur Packstoffentkeimung eingesetzt. Dabei wird die Effizienz der Entkeimung im Wesentlichen von der vorliegenden H2O2-Konzentration im Packstoff bestimmt. Zur Inline-Überwachung der H2O2-Konzentration wurde ein kalorimetrischer Gassensor auf Basis einer flexiblen Polyimidfolie aus temperatursensitiven Dünnschicht-Widerständen und Mangan(IV)-oxid als katalytische Transducerschicht realisiert. Der Sensor weist ein lineares Ansprechverhalten mit einer Sensitivität von 7,15 °C/Vol.-% in einem H2O2-Konzentrationsbereich von 0 bis 8 Vol.-% auf. Weiterhin wurde zur Auslesung des Sensorsignals eine RFID-Elektronik, bestehend aus einem Sensor-Tag und einer Sende-/Empfangseinheit ausgelegt, sowie eine Abfolge des Messzyklus aufgestellt. Im weiteren Verlauf soll der kalorimetrische Gassensor mit der RFID-Elektronik gekoppelt und in eine Testverpackung zur Inline-Überwachung der H2O2-Konzentration in aseptischen Abfüllsystemen implementiert werden.
Chalcogenide glass materials as membranes for potentiometric sensors for chemical analysis in solutions have been studied since more than 20 years. In this work, an electrolyte–insulator–semiconductor structure was combined with chalcogenide glass membranes prepared by means of the pulsed laser deposition technique. Depending on the membrane composition a selectivity to different ions (Cd2+ and Pb2+) is achieved. The different sensor membranes have been physically characterised using microscopy, ellipsometry, profilometry, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). The electrochemical behaviour has been investigated via capacitance/voltage (C/V) and constant capacitance (ConCap) measurements and results in a Cd2+ sensitivity of 23.1 ± 0.6 mV per decade in a linear range from 7 × 10−6 to 10−2 mol/l and 24.4 ± 0.5 mV per decade in a linear range from 5 × 10−6 to 10−2 mol/l for Pb2+, respectively.
Ein lichtadressierbarer potentiometrischer Sensor (LAPS) kann die Konzentration eines oder mehrerer Analyten ortsaufgelöst auf der Sensoroberfläche nachweisen. Dazu wird mit einer modulierten Lichtquelle die Halbleiterstruktur des zu untersuchenden Bereiches angeregt und ein entsprechender Photostrom ausgelesen. Durch gleichzeitige Anregung mehrere Bereiche durch Lichtquellen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen können diese auch zeitgleich ausgelesen werden. Mit der neuen, hier vorgestellten Ansteuerungselektronik integriert in einem "Field Programmable Gate Array" (FPGA) ist es möglich, mehrere Leuchtquellen gleichzeitig mit unterschiedlichen, während der Laufzeit festlegbaren Frequenzen, Phasen und Lichtintensitäten zu betreiben. Somit kann das Frequenzverhalten des Sensors untersucht und die Konzentration des Analyten über das Oberflächenpotential mit Hilfe von Strom/Spannungs-Kurven und Phase/Spannungs-Kurven bestimmt werden.
In diesem Beitrag werden Ergebnisse der Entwicklung eines modularen festkörperbasierten Sensorsystems für die Überwachung von Zellkulturfermentationen präsentiert. Zur Messung der Elektrolytleitfähigkeit wurde das Layout von Interdigitalelektroden angepasst, um in vergleichsweise gut leitenden Elektrolyten zu messen. Durch Quervernetzung von Glucose-Oxidase mit Glutaraldehyd und Immobilisierung auf einer Platinelektrode wurde ein amperometrischer Glucosesensor mit einem linearen Messbereich von bis zu 2 mM und einer Sensitivität von 168 nA/mM realisiert.
The importance of validating and reproducing the outcome of computational processes is fundamental to many application domains. Assuring the provenance of workflows will likely become even more important with respect to the incorporation of human tasks to standard workflows by emerging standards such as WS-HumanTask. This paper addresses this trend by an actor-based workflow approach that actively support provenance. It proposes a framework to track and store provenance information automatically that applies for various workflow management systems. In particular, the introduced provenance framework supports the documentation of workflows in a legally binding way. The authors therefore use the concept of layered XML documents, i.e. history-tracing XML. Furthermore, the proposed provenance framework enables the executors (actors) of a particular workflow task to attest their operations and the associated results by integrating digital XML signatures.
Large power plants can be endangered by lightning strikes with possible consequences regarding their safety and availability. A special scenario is a lightning strike to the HV overhead transmission line close to the power plant's connection to the power grid. If then additionally a so-called shielding failure of the overhead ground wire on top of the overhead transmission line is assumed, i.e. the lightning strikes directly into a phase conductor, this is an extreme electromagnetic disturbance. The paper deals with the numerical simulation of such a lightning strike and the consequences on the components of the power plant's auxiliary power network connected to different voltage levels.
Lightning safety guidelines
(2010)
This paper introduces lightning to the layman, noting the right behaviour in front of thunderstorms as well as protective measures against lightning. It also contributes to the prevention of lightning injuries and damages. This report was prepared by the authors inside the AHG1 Group for IEC TC81 (Lightning Protection).
Helle Fensterprofilmaterialien : Alterungsverhalten auf Basis von peroxidisch vernetztem EPDM
(2010)
Planning the air-terminations for a structure to be protected the use of the rolling-sphere method (electro-geometrical model) is the best way from the physics of lightning point-of-view. Therefore, international standards prefer this method. However, using the rolling-sphere method only results in possible point-of-strikes on a structure without giving information about the probability of strikes at the individual points compared to others.